(57)【要約】  保持リングは、基板を抑制する内面と底面とを有する略環状の本体を含み、底面は、外面から内面へ延びる複数のチャネルと、チャネルによって分離され、研磨パッドに接触する接触面積を提供する複数のアイランドとを有し、接触面積は、底面の平坦面積の約１５〜４０％である。
2019523146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を抑制する内面と底面とを有する略環状の本体を備え、前記底面が、外面から前記内面へ延びる複数のチャネルと、前記チャネルによって分離され、研磨パッドに接触する接触面積を提供する複数のアイランドとを有し、前記接触面積が、前記底面の平坦面積の約１５〜４０％である、
保持リング。
【請求項２】
前記接触面積が、前記底面の前記平坦面積の約２５〜３０％である、請求項１に記載の保持リング。
【請求項３】
前記複数のチャネルが、前記環状の本体の周りに均一に隔置される、請求項１に記載の保持リング。
【請求項４】
８〜３０個のチャネルが存在する、請求項３に記載の保持リング。
【請求項５】
前記複数のチャネルの各チャネルが、前記外面にある入口部分と、前記保持リングの幅に実質上直交して延びる狭窄部と、前記狭窄部から前記内面へ延びる出口部分とを備える、請求項１に記載の保持リング。
【請求項６】
前記出口部分が、前記内面に向かって広がる、請求項４に記載の保持リング。
【請求項７】
前記入口部分が、前記出口部分より円周方向に長い、請求項５に記載の保持リング。
【請求項８】
前記複数のチャネルの各チャネルが、前縁および後縁を備え、前記前縁および後縁が、前記チャネルの中心線について対称でない、請求項１に記載の保持リング。
【請求項９】
前記前縁が、前記底面の半径方向幅の実質上すべてにわたって延びる線形区分を備える、請求項８に記載の保持リング。
【請求項１０】
前記線形区分が、半径方向に対して約３０〜６０°の角度で配向される、請求項９に記載の保持リング。
【請求項１１】
前記後縁が、実質上半径方向に沿って延びる第１の部分と、前記第１の部分に実質上直交して延びる、前記内側部分より前記外面に近い第２の部分とを備える、請求項８に記載の保持リング。
【請求項１２】
前記チャネルが、前記外面に隣接する凹状領域を含み、したがって前記チャネルが、前記チャネルの残り部分内より前記凹状領域内で深い、請求項１に記載の保持リング。
【請求項１３】
前記凹状領域および前記チャネルの前記残り部分がそれぞれ、実質上均一の深さを有する、請求項１２に記載の保持リング。
【請求項１４】
基板を抑制する内面と底面とを有する略環状の本体を備え、前記底面が、外面から前記内面へ延びる複数のチャネルと、前記チャネルによって分離され、研磨パッドに接触する接触面積を提供する複数のアイランドとを有し、前記複数のチャネルの各チャネルが、前縁および後縁を備え、前記前縁が、半径方向に対して第１の角度をなす第１の線形区分を備え、前記後縁が、実質上半径方向に沿って延びる第１の部分と、前記第１の部分に実質上直交して延びる、前記内側部分より前記外面に近い第２の部分とを備える、
保持リング。
【請求項１５】
ベースと、
前記ベースに結合され、基板に対する取付け面を有するフレキシブルフィルムと、
前記ベースに結合され、前記基板を抑制する内面と底面とを有する略環状の本体とを備え、前記底面が、外面から前記内面へ延びる複数のチャネルと、前記チャネルによって分離され、研磨パッドに接触する接触面積を提供する複数のアイランドとを有し、前記接触面積が、前記底面の平坦面積の約１５〜４０％である、
キャリアヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、化学機械研磨用のキャリアヘッドに対する保持リングに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、典型的には、導電層、半導体層、または絶縁層の連続堆積によって、基板、特にシリコンウエハ上に形成される。１つの製造ステップは、非平面の表面の上に充填層を堆積させることと、その充填層を平坦化することとを伴う。特定の適用分野では、充填層は、パターン層の頂面が露出するまで平坦化される。たとえば、絶縁性のパターン層の上に導電性の充填層を堆積させて、絶縁層内のトレンチまたは孔を充填することができる。平坦化後、導電層のうち絶縁層の凸状パターン間に残っている部分が、基板上の薄膜回路間に導電経路を提供するビア、プラグ、およびラインを形成する。酸化物の研磨など、他の適用分野では、充填層は、非平面の表面の上に所定の厚さが残るまで平坦化される。さらに、フォトリソグラフィでも通常、基板表面の平坦化が必要とされる。
化学機械研磨（ＣＭＰ）は、一般に受け入れられている１つの平坦化方法である。この平坦化方法では、典型的には、キャリアヘッド上に基板を取り付ける必要がある。基板の露出面は、典型的には、回転する研磨パッドに接するように配置される。キャリアヘッドは、制御可能な負荷を基板に与えて、基板を研磨パッドに押し当てる。典型的には、研磨粒子を含むスラリなどの研磨液が、研磨パッドの表面に供給される。
基板は、典型的には、保持リングによってキャリアヘッドの下で保持される。しかし、保持リングは研磨パッドに接するため、摩耗する傾向があり、場合により交換される。保持リングの中には、金属から形成された上部部分と、摩耗可能なプラスチック（ｗｅａｒａｂｌｅ  ｐｌａｓｔｉｃ）から形成された下部部分とを有するものや、単一のプラスチック部分のものがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一態様では、保持リングは、基板を抑制する内面と底面とを有する略環状の本体を含み、底面は、外面から内面へ延びる複数のチャネルと、チャネルによって分離され、研磨パッドに接触する接触面積を提供する複数のアイランドとを有し、接触面積は、底面の平坦面積の約１５〜４０％である。
実装形態は、以下の特徴の１つまたは複数を含むことができる。
接触面積は、底面の平坦面積の約２５〜３０％とすることができる。
複数のチャネルは、環状の本体の周りに均一に隔置することができる。８〜３０個のチャネルが存在することができる。
【０００４】
複数のチャネルの各チャネルは、外面にある入口部分と、保持リングの幅に実質上直交して延びる狭窄部と、狭窄部から内面へ延びる出口部分とを含むことができる。出口部分は、内面に向かって広がることができる。入口部分は、出口部分より円周方向に長くすることができる。
複数のチャネルの各チャネルは、前縁および後縁を含むことができ、前縁および後縁は、チャネルの中心線について対称である必要はない。前縁は、底面の半径方向幅の実質上すべてにわたって延びる線形区分を含むことができる。線形区分は、半径方向に対して約３０〜６０°の角度で配向することができる。後縁は、実質上半径方向に沿って延びる第１の部分と、第１の部分に実質上直交して延びる、内側部分より外面に近い第２の部分とを含むことができる。
チャネルは、外面に隣接する凹状領域を含むことができ、したがってチャネルは、チャネルの残り部分内より凹状領域内で深い。凹状領域およびチャネルの残り部分はそれぞれ、実質上均一の深さを有することができる。
【０００５】
利点には、以下の１つまたは複数を含むことができる。パッドの反発作用を低減させることができ、したがって基板エッジにおける研磨速度のより良好な制御、および特に基板エッジ、たとえば基板の外側５ｍｍにおける改善された研磨均一性を提供することができる。
１つまたは複数の実装形態の詳細について、添付の図面および以下の説明で述べる。他の態様、特徴、および利点は、説明および図面、ならびに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】キャリアヘッドの概略横断面図である。
【図２】保持リングの斜視図である。
【図３】保持リングの概略底面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
様々な図面の同じ参照記号は、同じ要素を指す。
保持リングは、基板の周りの領域内で研磨パッドの表面を押圧するために使用することができる。特に、保持リングは、基板がリングの下で偶発的に摺動することがなく、事実上閉じ込められるのに十分な力で押圧する必要がある。保持リングはまた、基板のエッジ付近で研磨パッドを圧縮し、したがって基板エッジにおける研磨速度に影響を与えるために使用することができる。しかし、このようにしてパッドが圧縮されたとき、研磨パッドの弾性は、パッドと保持リングとの間の相対運動とともに、「パッドの反発作用」をもたらす可能性があり、これは半径方向の不均一性を増大させる可能性がある。
パッドの反発作用を低減させるために、２つの技法を使用することができる。第１に、研磨パッドに対する保持リングの接触面積を低減させることによって、パッドのうちより小さい部分が圧縮され、したがって基板のうちより小さい部分がパッドの反発作用を受ける。第２に、接触面積の特定の形状は、パッドの反発作用を生じさせる可能性が低い。
研磨動作中は、キャリアヘッド１００を含む化学機械研磨（ＣＭＰ）装置によって、１つまたは複数の基板を研磨することができる。ＣＭＰ装置の説明は、米国特許第５，７３８，５７４号に見ることができる。
【０００８】
図１を参照すると、例示的な簡略化されたキャリアヘッド１００は、ベース１０２と、基板に対する取付け面を提供するフレキシブルフィルム１０４と、フィルム１０４とベース１０２との間の加圧式チャンバ１０６と、フィルム１０４の下で基板を保持するようにベース１０２のエッジ付近に固定された保持リング１１０とを含む。図１は、保持リング１１０とベース１０２との間に締め付けられているフィルム１０４を示すが、１つまたは複数の他の部分、たとえばクランプリングを使用して、フィルム１０４を保持することもできる。研磨パッド全体にわたってキャリアヘッドを回転および／または平行移動させるために、駆動軸１２０を設けることができる。ベース内の通路１０８を通ってチャンバ１０６にポンプを流体的に接続して、チャンバ１０６内の圧力を制御し、したがって基板に対するフレキシブルフィルム１０４の下向きの圧力を制御することができる。
保持リング１１０は、略環状のリングとすることができ、ベース１０２内の通路１３８を通って保持リング１１０の上面１１２内の位置合わせされたねじ付き受取り凹部内へ延びるねじまたはボルト１３６によって、たとえばベース１０２の外側エッジで固定される。いくつかの実装形態では、駆動軸１２０を上下させて、研磨パッドに対する保持リング１１０の底面１１４の圧力を制御することができる。別法として、たとえば、米国特許第６，１８３，３５４号または第７，５７５，５０４号に記載のように、保持リング１１０は、ベース１０２に対して可動式とすることができ、キャリアヘッド１００は、内部チャンバを含むことができ、この内部チャンバを加圧して、保持リングに対する下向きの圧力を制御することができる。保持リング１１０は、ベース１０２（およびキャリアヘッドの残り部分）から、一体として取外し可能である。保持リング１１０の場合、これは、保持リング１１０が取り外されたときでも、保持リング１１０の上部部分１４２が保持リングの下部部分１４０に固定されたままであり、ベース１０２の解体またはキャリアヘッド１００からのベース１０２の取外しを必要としないことを意味する。
保持リング１１０の内径面１１６は、フレキシブルフィルム１０４の下面とともに、基板受取り凹部を画定する。保持リング１１０は、基板が基板受取り凹部から逃げるのを防止する。
【０００９】
保持リング１１０は、複数の垂直方向に積層された区間を含むことができ、研磨パッドに接触することができる底面１１４を有する環状の下部部分１４０と、ベース１０２に接続された環状の上部部分１４２とを含むことができる。下部部分１４０は、接着剤層１４４によって、上部部分１４２に接合することができる。
下部部分１４０は、プラスチック、たとえばポリフェノールスルフィド（ＰＰＳ）である。下部部分１４０のプラスチックは、ＣＭＰプロセスでは化学的に不活性である。さらに、下部部分１４０は、基板エッジが保持リングに接触することで基板に欠損または亀裂が生じないようにするのに十分な弾性を有するべきである。他方では、下部部分１４０は、研磨パッド（底面上）および基板（内面上）から摩耗を受けても十分な寿命を有するのに十分な剛性を有するべきである。下部部分１４０のプラスチックは、ショアＤ基準で約８０〜９５のデュロメータ硬度を有することができる。典型的には、下部部分１４０の材料の弾性係数は、約０．３〜１．０×１０6ｐｓｉの範囲内とすることができる。下部部分は、低い摩耗率を有することができるが、これにより基板エッジが内面１１６内へ深い溝を切るのが防止されると考えられるため、下部部分１４０が徐々に摩耗することは許容可能である。
下部部分１４０のプラスチックは、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、またはポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）とする（たとえば、からなる）ことができる。
【００１０】
保持リング１１０の上部部分１４２は、下部部分１４０より剛性のある材料、たとえば金属、セラミック、またはより剛性のあるプラスチックとすることができる。接着剤層１４４を使用して上部部分１４０を下部部分１４２に固定することができ、または上部部分１４０および下部部分１４２は、ねじ（たとえば、上部部分１４０内の開孔を通って下部部分１４２内のねじ付き受取り凹部またはねじシース内へ延びる）によって接続することができ、ともに圧入することができ、もしくは音波成形によってつなぎ合わせることができる。別法として、下部部分および上部部分を有するのではなく、保持リング１１０全体を同じ材料、たとえば上述した下部部分のプラスチックから形成することができる。
【００１１】
保持リングの下部部分１４０の内面１１６は、基板ローディングシステムの位置決め公差に対応するように、基板の直径よりわずかに大きい内径Ｄ、たとえば基板の直径より約１〜２ｍｍ大きい内径Ｄを有することができる。保持リング１１０は、約２分の１インチの半径方向幅を有することができる。
【００１２】
図２および図３は保持リング１１０を示し、底面１１４が、内径面１１６から外径面１１８へ延びる複数のチャネル１５０を含む。底面１１４はまた、アイランド１５２を含み、隣接するアイランド１５２の各対は、チャネル１５０の１つによって分離される。各チャネル１５０は、平面底面図で他のチャネルと同じ形状を有することができ、同様に、各アイランド１５２は、他のアイランドと同じ形状を有することができる。
アイランド１５２は、研磨パッドに対する底面１４０の接触面積を提供する。アイランド１５２は、底面の平坦面積の約１５〜４０％、たとえば２５〜３０％の接触面積を提供することができる。底面の平坦面積は、π（ＲO2−ＲI2）として計算することができ、ここでＲOはリング１１０の外径の半径であり、ＲIは内径の半径である。
【００１３】
チャネル１５０の側壁は、アイランド１５２の表面に実質上直交することができ、したがって平坦面積の一部分である接触面積は、保持リングが摩耗しても変化しない。チャネル１５０（したがってアイランド１５２）は、保持リング１１０の周りに円周方向に均一の間隔で位置決めすることができる。８〜３０個のチャネル１５０、たとえば１８個のチャネルが存在することができる。
各チャネル１５０は、前縁１６０および後縁１７０を含む。キャリアヘッド、したがって保持リングが、反時計回り方向（矢印Ａによって示すように、リングの底側から見る）に回転すると仮定すると、前縁１６０は右側エッジであり、後縁１７０は左側エッジである（この場合も、リングの底側から見る）。
【００１４】
前縁１６０は、全体としてまたは主として線形区分１６２とすることができる。線形部分１７２は、保持リング１１０の底面１１４の半径方向幅Ｗの約９０〜１００％にわたって延びることができる。しかし、前縁１６０が内径面１１６または外径面１１８に交差する角１６４のうちの１つまたは複数は、丸くすることができる。外側エッジ１１８で、前縁１６０の線形区分は、保持リング１１０の中心を通過する半径方向Ｒに対して角度αをなすことができる。角度αは、３０°〜６０°、たとえば４５°とすることができる。
後縁１７０は、実質上半径方向に、たとえば保持リング１１０の中心を通過する方向に延びる線形部分１７２を含む。線形部分１７２と線形部分１７２の中心からの半径方向との間の角度は、１０°未満とすることができる。線形部分１７２は、保持リング１１０の底面１１４の半径方向幅Ｗの約２５〜７５％にわたって延びることができる。後縁１７０が内径面１１６に交差する角１７４は、丸くすることができる。
【００１５】
後縁１７０はまた、方位角方向に延びる部分１７６を含み、方位角方向に延びる部分１７６は、後ろ方向に、すなわちチャネル１５０の前縁１６０から離れる方へ延びる。方位角方向に延びる部分１７６は、線形区間とすることができ、またはたとえば内径面１１６および外径面１１８と同心円状になるように湾曲させることができる。方位角方向に延びる部分１７６は、外径面１１８におけるアイランド１５２の円周方向長さの約５０〜８０％にわたって延びることができる。
後縁１７０はまた、方位角方向に延びる部分１７６を外径面１１８に接続する区間１７８を含む。この区間１７８は、Ｕ字状とすることができ、方位角方向に延びる部分１７６から外径面１１８へ湾曲することができる。
【００１６】
外側から内向きに見ると、その結果得られるチャネル１５０は、外径面１１８にある入口部分１５４と、方位角方向に延びる部分１７６が横切る急な狭窄部１５６と、内径面１１６に向かって広がる出口部分１５８とを有する。外径面１１８における入口の円周方向長さＬ１は、内径面１１６における出口の円周方向長さＬ２より大きくすることができる。広い入口部分１５４は、入口１５４のＵ字形の区間１７８とともに、研磨パッドからスラリを「すくい」上げ、スラリを基板の方へ内向きに誘導することに役立つことができる。
任意選択で、チャネル１８０の入口部分１５４内に凹部１８０を形成することができる。すなわち、チャネル１５０は、出口部分１５８内より入口部分１５４内で深い。凹部１８０は、均一の深さを有することができ、出口部分１５８もまた、均一の深さを有することができる。
複数の実施形態について説明した。しかし、多くの変形形態が可能である。たとえば、上述した複雑なチャネルおよびアイランドの形状ではなく、アイランドは、簡単な線形のストライプとすることができ、所望の割合の接触面積を提供するように幅を選択することができる。たとえば、各アイランドの後縁および前縁は、２つの平行な線形区分によって提供することができる。後縁および前縁は、内径面および外径面で丸くすることができる。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。
【図１】
2019523146.tif 000003
【図２】
2019523146.tif 000004
【図３】
2019523146.tif 000005
【国際調査報告】
2019523146.tif 000006
2019523146.tif 000007